光觸媒~蘊含商機的化學反應 備課紀錄002

目前的奈米光觸媒，主要是二氧化鈦奈米顆粒為基本材料，

最早發現其特殊功能的是日本東京大學工業研究所藤島昭（Akira  Fujishima）博士，

於1968年發表藉著二氧化鈦光觸媒電極來分解水，

產生氫氣與氧氣的研究成果，開啟了研究光觸媒的大門。

https://youtube.com/watch?v=N1Gzdx7Fy8Y

從1950年開始，作為白色顏料的二氧化鈦（TiO2）對其他顏料的分解，所造成的塗料劣化問題，

這個研究重點是造成抑制塗料劣化等問題的光觸媒反應。

而1968年剛好遇到世界石油危機，

所以利用光觸媒反應來製造氫燃料的構想被提出之後，對光觸媒的研究開始活躍起來。

此圖Schematic diagram of electrochemical photocell

引自Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.44,No.12(2005)  K.HASHIMOTO et al

1.二氧化鈦電極當做負極（n-type  TiO2 ）

2.白金電極當正極。

3.電解液

4.收集氣體的滴管（玻璃管、試管）

5.電阻

6.電壓計

此圖翻拍自日本數研出版社出版「視覺化之化學圖錄」http://www.chart.co.jp

是十幾年前在台北微風廣場紀伊國屋書店購買。http://www.kinokuniya.com.tw

此圖清楚說明二氧化鈦當光觸媒的2項特徵

1.強的酸化力（強的氧化力）

2.超親水性

至於，為何二氧化鈦受到紫外線照射之後，會有如此的特徵？

請看下列這張「紫外線照射光觸媒後之作用機制」

光觸媒反應的作用如上圖所示，藉由紫外線或太陽光的照射（380nm），

使二氧化鈦內部電子躍遷生成電子與電洞，

擴散到表面的電子與電洞能參與光觸媒反應，

因此如果能在表面獲得較多的電子與電洞，就能進一步提高反應效果。

二氧化鈦表面的電子吸收大於能隙能量而產生躍遷，

而在電子躍遷的位置便形成帶正電的電洞，

電洞會將附近水分子游離出的氫氧根（OH-）氧化（即奪取其電子），

使其成活性極大的氫氧自由基（OH radica），

當OH自由基遭遇周圍的有機物時，

即奪回失去的電子使本身趨於穩定狀態。

有機物被奪取電子後，即開始四分五裂，

最後成為無害的二氧化碳與水。

因此，光觸媒可運用於水源處理、除臭、汽機車廢氣處理、空氣淨化、

土壤處理、抗菌、防霉、去污、及解決住宅症候群，

以及防止醫院內部傳染等各種環境處理。